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混合醇胺 (三級醇胺 4-DMAB, DMAPD + 多元胺 DAP, DETA, MAPA) 水溶液之莫耳比熱量測研究

摘要 本研究以示差掃描熱分析儀 (Differential Scanning Calorimeter, DSC) 量測混合醇胺水溶液之莫耳比熱。本實驗所使用之三級醇胺分別為4-(Dimethylamino)-1-butanol (4-DMAB)、3-(Dimethylamino)-1,2-propanediol (DMAPD) 與多元胺1,3-Diaminopropane (DAP)、Diethylenetriamine (DETA)、3-methylaminopropylamine (MAPA)。 純物質系統 (pure amine) 量測三級醇胺4-DMAB及DMAPD；雙成分系統 (tertiary amine / H2O)，濃度範圍在莫耳分率xamine=0.1-0.9；三成分系統 (tertiary amine / polyamine / H2O) 量測三級醇胺與多元胺之混合水溶液莫耳比熱，並分別將水濃度固定在60 wt% 以及 70 wt%進行討論，其中當水濃度為60 wt%時，三級醇胺與多元胺濃度比例為 (20/20、10/30、5/35 wt%) ；當水濃度為70 wt%時，三級醇胺與多元胺濃度比例為 (15/15、10/20、5/25 wt%)。量測溫度範圍為303.15 – 353.15K，本實驗之不確定性 (uncertainty) 為 2%。 所量測之莫耳比熱以濃度及溫度之關係式表示，純物質系統以二次經驗方程式進行迴歸計算；雙成分系統以Redlich-Kister-type equation進行迴歸；三成分系統則使用Söhnel and Novotný關係式作迴歸計算。比較迴歸計算結果與實驗值，純物質系統之平均絕對偏差 (AAD) 小於1%；而雙成分系統中比熱之平均絕對偏差為0.2%，過剩比熱之平均絕對偏差為3.2%，均具有良好的符合性，而本研究結果可作為工廠設計氣提塔、熱交換器及冷卻水用量時的重要依據。

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二氧化碳吸收劑三級醇胺 (3DMAP)/ 多元胺 (DETA) 水溶液之反應動力學量測研究

本研究目的是探討CO2 與3-dimethylamino-1-propanol (3DMAP) 混合Diethylenetriamine (DETA) 水溶液的化學吸收反應動力學的研究，實驗裝置使用濕壁柱來測量CO2的化學吸收，同時測量醇胺水溶液在不同的溫度下密度、黏度、亨利常數及擴散係數，雙成分系統濃度範圍為3DMAP (5~30 wt%) + H2O；三成分系統為3DMAP (25wt%) + DETA (5wt%) + H2O、3DMAP (20wt%) + DETA (10wt%) + H2O及3DMAP (15wt%) + DETA (15wt%) + H2O，溫度為30、35及40C。 本實驗的研究結果3DMAP與CO2的化學反應以擬一級反應表示，DETA與CO2反應是以兩性離子反應機構表示，可由此兩者的量測數據以數值迴歸得到反應速率常數，在混合溶劑中3DMAP有助於增加物理溶解度，但隨著混合溶劑中3DMAP濃度增加，化學反應速率卻隨之降低，DETA物理溶解度雖然不佳，但增加DETA濃度卻能有效提升化學反應速率。 在酸性氣體吸收的化工程序設計裡，亨利常數、擴散係數與反應速率常數是設計程序必須參考的重要數據，本研究可提供3DMAP + DETA水溶液吸收酸性氣體上設計反應器時需要的動力學數據。

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N, N-二乙基乙醇胺/二乙烯三胺水溶液吸收二氧化碳之平衡溶解度量測研究

因近年來全球暖化問題嚴重，大氣中的CO2必須加以補捉。本研究為量測CO2吸收劑，工業中以氣液平衡系統基礎數據最為重要，故本實驗研究了吸收劑在氣液平衡系統中反應情況。研究中量測了二氧化碳在三級醇胺(N, N - 二乙基乙醇胺)與多元胺(二乙烯三胺)混合水溶液中的氣液平衡溶解度數據，研究量測之雙成份系統濃度為: 20 wt%、30 wt%及40 wt% N, N - diethylethanolamine (DEEA ) + H2O；三成分系統濃度為: 10 wt% DEEA + 30 wt% diethylenetriamine (DETA)、20 wt% DEEA + 20 wt% DETA及30 wt% DEEA + 10 wt% DETA。溫度皆控制在40、60與80 ºC；二氧化碳分壓則控制在範圍0.1 ~ 1000 kPa。 所得之氣液平衡數據是使用由Shen and Li改良Kent and Eisenberg所提出之熱力學模式而得出。經計算結果後雙成份系統與三成份系統所得平均誤差分別為11.8% and 10.8%。本研究結果可用為以DEEA / DETA為吸收二氧化碳吸收劑之基本數據，以發展符合節能、經濟效益之捕捉二氧化碳吸收程序。

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以接枝環氧化磺基甜菜鹼共聚物對聚對苯二甲酸乙二酯薄膜進行功能化以製備抗沾黏生物相容性材料

設計抵抗生物分子沾黏之薄膜預防非特異性蛋白吸附、細胞黏貼、細菌貼附，是對於傷口癒合至關重要的研究。本研究對聚對苯二甲酸乙二酯薄膜(PET)表面進行接枝環氧化磺基甜菜鹼共聚物(poly(GMA-co-SBMA))，接枝完成後改變薄膜表面之化學結構及親疏水特性和水合之程度。使用動態水接觸角量測儀、X射線光電子能譜儀去鑑定接枝後薄膜表面之物理結構與化學性質；而接枝後的薄膜(PET-g-PGMA-co-SBMA)的抵抗生物分子沾黏特性透過人體血漿纖維蛋白原(Fibrinogen, FN)、螢光大腸桿菌(Escherichia coli, E.coli)、人類腫瘤細胞(HT-1080)的貼附與血液相容性等實驗進行測試 ，證明改質薄膜確實擁有良好抵抗生物分子沾黏之特性。本研究藉由大鼠動物模型進行傷口敷料測試，觀察傷口在接枝環氧化磺基甜菜鹼共聚物之薄膜(PET-g-PGMA-co-SBMA)覆蓋的傷口癒合結果。在4天及7天後的表面傷口觀察結果顯示，接枝後的親水雙離子化薄膜提供了傷口良好的癒合環境，傷口在初期恢復速度優於其他市面上的商業敷料，如:人工皮、紗布、水膠，證明薄膜上接枝環氧化磺基甜菜鹼共聚物後，具有良好抵抗生物分子沾黏的特性，有助於皮膚組織的快速再生並驗證此材料有作為生物惰性材料與人體植入物的潛力。

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於高溫煙氣中以氧化鈣脫除氯化氫之研究

高溫環境下氧化鈣同時脫硫脫氯所伴隨的競爭機制迄今尚未明朗，且環境中其他成分對脫氯性的影響程度仍未有定論，因此頗有研究的價值與必要性。鑒此，本研究旨在探討影響氧化鈣脫除氯化氫的環境因素，其中將特別著重於論述氧化鈣同時脫硫脫氯的反應機制，以釐清「脫氯受抑制」與「脫硫被提升」現象的成因。本實驗工作係於一固定床反應器系統中進行，同時透過傅立葉轉換紅外光譜分析儀紀錄氣相分析物的「突破曲線」，作為分析氧化鈣反應性的重要依據。該反應器係特別設計用於探討高溫環境下的氣固反應，具備多項改良特色。有別於以往的分析方法，本研究係從「突破曲線」和「脫除效率」的研究視角以進一步理解氣固反應的行為模式，同時透過「脫除量」的概念以呈現氧化鈣的脫除能力。 從實驗的觀察、佐證、推論與驗證，本研究證實氧化鈣同時脫硫脫氯時，「脫氯受抑制」與「脫硫被提升」現象的發生係因「氯化物之硫化」所引起，且氯化物係以氫氧氯化鈣及或氯化鈣水合物的形式存在。在650 °C的反應溫度下，煙氣成分的變化對氧化鈣脫氯能力沒有顯著的影響，惟發現二氧化碳的存在可提高脫氯反應速率；在750 °C(含)以上的溫度下，氧氣與二氧化硫的存在則不利於氧化鈣脫氯能力，其中二氧化硫的抑制效應隨溫度的提高(750 - 850 °C)而增強。

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鈦酸鍶複合材料光觸媒於光催化降解有機染料之研究

鈦酸鍶(SrTiO3)具有鈣鈦礦(ABO3)之結構，其結構中的BO6八面體排列有利於光生電荷的分離。本研究利用靜電紡絲法(Electrospinning)製備一維結構之鈦酸鍶奈米纖維並與固相法(Solid state method)製備之鈦酸鍶顆粒進行比較。經由X光繞射分析儀(XRD)鑑定其結晶結構，發現鈦酸鍶奈米纖維與顆粒均屬於純相之鈦酸鍶(ICSD 23076)；由掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察奈米纖維之形貌，其直徑為100-200 nm，長度為數微米。 本研究添加Ag做為共觸媒負載於SrTiO3光觸媒表面，以提升其光催化降解之效能。由紫外/可見光光譜圖(UV-Vis)發現SrTiO3對於可見光波長的吸收會隨著Ag的重量百分比增加而增加，但過多的Ag添加反而會降低其對於可見光波長的吸收。於光催化降解反應發現負載2 wt% Ag於鈦酸鍶奈米纖維有最佳的紫外光催化降解甲基橙反應，但置於可見光下進行光催化反應，發現其降解效果不佳，因此本研究第二部分將利用BiOI與SrTiO3進行複合，期望能於可見光下有效的降解甲基橙。 SrTiO3為n型半導體而BiOI為p型半導體，當兩者複合時會在接面形成P-N異質介面，此結構能使電子電洞對有效分離不易再結合，有效的提升可見光光催化降解有機染劑之效能；選用微波輔助溶熱法將不同比例的BiOI與SrTiO3複合，以縮短合成的時間。由紫外/可見光光譜圖得知隨著BiOI的複合比例增加，其吸收波峰有紅位移(red shift)的現象。於光催化降解反應發現相同反應時間下比例為0.8的BiOI/SrTiO3顆粒相較於比例為1.2的BiOI/SrTiO3奈米纖維於可見光下有較佳的光催化效能，由於鈦酸鍶奈米纖維之結晶性較差，且BiOI的複合會降低SrTiO3之結晶性，因此複合比例為0.8的BiOI/SrTiO3顆粒展現了最佳的光觸媒活性。

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研究具有高熱穩定性之血液相容性雙離子型分子結構設計

過去十年來的研究發現，目前泛用型仿生雙離子材料並不能在高溫處理後，仍然能保持其完美的生物惰性，因此在其實際應用方面會受到瓶頸。為克服此一問題，本研究論文主要提出新的仿生雙離子型單體結構材料，並探討其熱穩定性，與其形成最佳化材料分子結構組成，來控制於各種不同生物環境中，包含人體血液、細胞組織液、菌體溶液等，對於各式血球、細胞以及細菌的生物惰性(Bio-inert)性質分析討論。 在材料系統的設計，本研究導入吡啶分子結構來提升雙離子分子官能基的熱穩定性質，因此設計開環反應來合成此單體結構。合成路徑之設計，以4-乙烯基吡啶 (4-vinylpyridine; 4VP)為前驅單體，透過 1,3-丙烷磺内酯(1,3-Propansulton; PPS)化合物來對4VP進行雙離子化反應，所形成之新結構單體為4-vinylpyridine propyl sulfobetaine；4VPPS。在材料性質研究方面，本論文針對4VPPS的化學與物理性質，進行系統性的分析與探討，同時針對4VPPS單體結構與其形成高分子網狀結構(水膠系統)進行熱性質分析與比較，進一步探討熱處理前後對於其物化性質與生物惰性的影響。 本論文的研究結果，重要發現與論述歸納如下：(1)利用開環反應將4VP離子化，合成新型雙離子4VPPS，其中的吡啶結構能鞏固材料的熱穩定性質，其高分子poly(4VPPS)熱裂解溫度可達340℃；(2) 4VPPS經過121℃的高溫加熱後，仍保有完美的抗沾黏特性，然而這種穩定性確無法在實現在傳統的抗沾黏材料上；(3)將4VPPS接枝到金屬材料表面如：手術刀、人工支架、生物晶片等，使得金屬材可承受高溫滅菌後仍可抵抗各種類型的生物沾黏；(4)新型雙離子4VPPS突破傳統抗沾黏材料不具有熱穩定性的特點，有利於熱塑、熱固型加工製成，在高溫塑型後保持完美的抗沾黏特性，因此應用實例不局限於高階精密醫材，更能實現在日常生活中，例如齒列矯正器，傷口包覆材等，醫材能個人化並且重複使用。因此對於新型雙離子4VPPS的未來應用是具有潛力與多元化的。

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靜電紡絲製備磁性氧化鐵/聚二甲基矽氧烷纖維於熱療之研究

癌症一直是人類主要死亡原因之一。目前現有幾種主流的治療方法，對於病患在接受治療後的後遺症，以及防止復發的效果，都還是存在許多缺陷。因此，學術界都一直在尋找更好的治療方法。磁性熱療是目前為止，被視為最有潛力的一種癌症治療方法，但是如果這些磁性粒子進入人體中，沒有加以固定於要熱療之區域，可能會隨著人體的血液循環遷移到其他部位，造成血管阻塞，或是健康細胞、肌肉組織的過敏或發炎反應。 有鑑於此，本研究發展表面修飾的Fe3O4奈米粒子，將其與聚己內酯 (PCL)、聚二甲基矽氧烷前驅物 (DMS)、聚苯胺(PANI)混合成靜電紡絲溶液，經由靜電紡絲製備出具有纖維型態的磁性複合材料，而使磁性奈米粒子可固定於罹癌區域，並藉由控制複合纖維材料的形貌與Fe3O4奈米粒子的含量，來達到最佳的熱療效果。磁性氧化鐵 (Fe3O4) 粒子於水熱法200 ̊C合成，使用聚醚胺 (Polyetheramine)作為界面活性劑，客製化Fe3O4奈米粒子的大小，並系統性研究其成長，調控粒徑於20nm，此Fe3O4奈米粒子為此超順磁之磁性奈米粒子。 並將水熱法合成之20 nm Fe3O4奈米粒子，與PANI、DMS混和為靜電紡絲液，製備成磁性奈米複合纖維膜。並改變Fe3O4奈米粒子與聚苯胺含量，並於不同製程時間，在高頻率交流磁場測試下，探討Fe3O4磁性奈米複合纖維膜，對加熱效果之影響。實驗結果證實：當複合纖維膜加入Fe3O4奈米粒子越多時，加熱效果越好；PANI具有導電的功能，可幫助提升複合纖維膜的纖維量；調整不同紡絲時間，對於纖維之形態有一定程度之影響。並綜合以上幾種實驗參數，發展出本研究中最佳的複合纖維材料。

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銲料與基材中添加鐵對界面反應之影響

本論文探討將Fe分別添加至純Co基材與Sn-Cu銲料中對界面反應的影響，實驗結果顯示當Sn-Zn-Cu銲料與Co-Fe基材反應時，會隨著Fe的添加而降低介金屬相的生成厚度；當Sn-Cu銲料中添加Fe不會影響界面反應，會增加Cu6Sn5相的生成厚度，但對CoSn3相的生成厚度影響不明顯。 研究顯示，Fe的添加會誘發(Co, Fe)Sn2相的生成，在Co-5wt%Fe基材與Sn-2wt%Zn-1wt%Cu銲料反應時，生成相會由CoSn3相轉而生成(Co, Fe)Sn2相。當Co-5wt%Fe基材與Sn-5wt%Zn-1wt%Cu銲料反應時，則是由T1(Sn2ZnCo) 相轉而生成(Co, Fe)Sn2相。當銲料中Zn添加至9wt%時，10wt%Fe添加至純Co基材中會使界面處生成(Co, Fe)Sn2相。而基材中添加越多Fe時，(Co, Fe)Sn2相生成的就越慢。在Sn-Zn-Cu/Co-Fe反應中釐清添加Zn與添加Fe的效應。而當Fe添加至Sn-0.7wt%Cu銲料中時，情況與添加至純Co基材完全不同。當Fe添加至Sn-0.7wt%Cu銲料中與純Cu基材反應時，不影響界面反應，但會促使Cu6Sn5相的生成，且添加越多Fe時，Cu6Sn5相生成的越快。Fe添加至Sn-0.7wt%Cu銲料中與純Co基材反應時，不影響界面反應也不影響CoSn3相的生長速率。

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雙功能性含四級胺共聚物之分子設計於兩性離子配對活化之可逆自清潔控制

目前廣用的殺菌材料可藉由環境變化(如pH、溫度、離子強度)與化學反應(水解、氧化還原)等，達到具有殺菌以及脫菌的雙功能性，不僅其功能切換的時間過長，材料製備也較為複雜，在未來應用端具有極大的限制。因此，本研究使用將4-乙烯基吡啶(4-vinypyridine, 4VP)與甲基丙烯酸正丁酯(n-Butyl methacrylate, BMA)合成共聚高分子，並使用碘甲烷(Iodomethane)對4VP結構進行四級胺反應，賦與此共聚高分子正電殺菌性質，而高分子中BMA鏈段可在水相提供疏水性質，即可使用簡單且易於工業化的單一程序浸泡塗佈法(Dip-coating)製備材料，探討材料殺菌效果，並且進一步討論材料表面四級胺正電官能基與不同鹽類溶液中的陰離子間的兩性離子配對活化，分析其雙功能性可逆快速切換的殺菌性質。 本論文結果得到兩單體4VP與BMA最佳莫耳比例為20/80的高分子，能夠在五分鐘內達43%表面覆蓋率且98%殺菌性質，並且得到穩定的殺菌材料，最後能成功使用鹽類溶液，在五秒鐘內即可達到95%死菌釋放性質，並在簡單利用去離子水清洗五秒即可回復於原本可殺菌表面，成功設計出可重複使用的雙功能性四級胺共聚高分子材料於接觸式殺菌與自清潔快速控制之應用，減少過去雙功能殺菌材料切換所需時間，並且選用低成本且可連續化製程方式製備材料，未來將具有極大的潛力。